孫根林綜述，鮑揚(yáng)漪審校

(合肥市第一人民醫(yī)院腫瘤科 230061)

基質(zhì)金屬蛋白酶(MM Ps)在腫瘤細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)移、血管生成等方面起重要作用，并成為藥物研究的靶點?，F(xiàn)將相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 分類及結(jié)構(gòu)

按作用底物不同主要分為五大類:間質(zhì)膠原酶(MM P-1、8、13)、明膠酶又稱Ⅳ型膠原酶(M MP-2、9)、基質(zhì)溶酶(MM P-3、10、11)、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶(包括 MM P-14、15、16、17)和其他類(MMP-7、12、18、19、20、21、22)。大多數(shù) MM Ps有一個N端信號序列(前端域)，隨后為反應(yīng)域和C端血紅素結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域。N端的肽包含被包含半胱氨酸。所有的MMPs都是酶，被激活時，通過其他的MMPs或者其他的酶作用域周圍的肽鏈將被移走，域被暴露。反應(yīng)域含有鋅指樣結(jié)構(gòu)HEXXHXXGXXH，由3個組氨酸殘基結(jié)合1個鋅離子和被包繞的蛋氨酸殘基，形成1個蛋氨酸環(huán)，這樣有利于保護(hù)反應(yīng)性的鋅離子，MMP-2、MMP-9包含數(shù)個纖維連接蛋白Ⅱ結(jié)構(gòu)域插入到反應(yīng)結(jié)構(gòu)域中，它(們)可能是增強(qiáng)反應(yīng)結(jié)構(gòu)域與底物的結(jié)合能力。除MMP-7和M MP-26外，血紅素結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域出現(xiàn)在所有MMPs中，作為調(diào)節(jié)的亞單位，一個高可變鉸鏈區(qū)可使它和反應(yīng)結(jié)構(gòu)域分離，這個鉸鏈區(qū)通過直接和底物結(jié)合或通過影響血紅蛋白和反應(yīng)結(jié)構(gòu)域構(gòu)象來穩(wěn)定MMPs空間結(jié)構(gòu)。通過加入或除去結(jié)構(gòu)域或功能結(jié)構(gòu)域，可分為不同亞組，C端肽鏈的末端結(jié)合一個大約含25個氨基酸疏水肽，并插入弗林蛋白絲氨酸蛋白激酶的位置，這就是M T-MMPs的結(jié)構(gòu);但MMP-14、15、16、24有跨膜和胞漿結(jié)構(gòu)域，MMP-17和-25的 C端肽鏈延長部分充當(dāng)糖基化磷酸脂酰肌醇錨定信號。在MMPs三維結(jié)構(gòu)中，雖然結(jié)構(gòu)域一級結(jié)構(gòu)基本相同，但反應(yīng)域多肽鏈高度折疊，反應(yīng)域包含5個β折疊、3個α螺旋和連接的環(huán)，2個鋅離子和3個鈣離子從而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，底物的結(jié)合位置包括疏水的可變的在深部的“S1口袋”，它有利于穩(wěn)定底物的構(gòu)象。由3個α螺旋和連接的環(huán)組成的“半胱氨酸開關(guān)”位于底物結(jié)合的口袋中，半胱氨酸間形成巰基與鋅離子相互作用;如proMM P-1的前體結(jié)構(gòu)域與血紅素蛋白結(jié)合域相互作用導(dǎo)致“關(guān)閉”，而激活的MM P-1卻導(dǎo)致“開放”，這就是明膠和明膠酶相互作用機(jī)制[1]。

2 在細(xì)胞增殖中的作用

MMPs能酶解各種不同的底物，包括其他 MMPs、細(xì)胞因子、生長因子和受體及其他非基質(zhì)蛋白，或者招募促進(jìn)生長的因子。MMPs通過其酶解作用使得肝素結(jié)合表皮生長因子(HB-EGF)從細(xì)胞膜上脫落，促進(jìn)胰島素樣生長因子(IGFs)從胰島素樣生長因子及其結(jié)合蛋白(IGFs-IGFBPs)形成復(fù)合物中釋放;還可以激活 TGF-β，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。Yoshida等[2]發(fā)現(xiàn)順鉑通過誘導(dǎo)生成HB-EGF裂解體而激活 EGFR;抗EGFR單抗阻礙EGFR系統(tǒng)，促進(jìn)腫瘤生長抑制。上述結(jié)果說明，MM Ps具有酶解HB-EGF形成生物活性裂解體的功能，并通過激活EGFR通路而促進(jìn)細(xì)胞生長。Miyamoto等[3]在結(jié)腸癌細(xì)胞T H29的研究中發(fā)現(xiàn) MMP-7降解 IGFBP-2，從而有利于IGF-Ⅱ在組織環(huán)境中發(fā)揮促進(jìn)生長的生物學(xué)活性，提示MMPs一方面通過對IGF-Ⅱ/IGFBP-2復(fù)合物作用，另一方面通過對ECM的降解，共同促進(jìn)活性IGF-Ⅱ形成。Joji和McCarthy[4]在pro MMP-1cDNA對黑色素瘤細(xì)胞生長的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，MMP-1直接酶解 TGF-β1產(chǎn)生有活性 TGF-β1(25 k D)，并認(rèn)為MMP-1的催化產(chǎn)生 TGF-β，而刺激惡性黑色素瘤的生長，提示M MPs至少在惡性腫瘤演變的中、晚期通過TGF-β促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。HARP和VEGF形成復(fù)合物兩者均無活性，通過 MMP-2的水解形成具有活性的分子，其中HARP-N末端誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[5]。Wang等[6]在肺上皮細(xì)胞中癌基因K-Ras調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和黏附的研究顯示，K-Ras轉(zhuǎn)染后細(xì)胞核漿比例增大，MM P-9對E-cad的酶解作用，穩(wěn)定β連環(huán)蛋白，激活WNT信號通路，作者認(rèn)為COX-2與MM P-9相互作用誘導(dǎo)β-連環(huán)蛋白信號，刺激增殖并改變黏附連接點，即COX-2抑制β-連環(huán)蛋白磷酸化穩(wěn)定該蛋白，而 MMP-9使β-連環(huán)蛋白從細(xì)胞膜上釋放，通過WNT信號途徑促進(jìn)細(xì)胞增殖。

3 抑制細(xì)胞凋亡作用

MMPs通過一些信號途徑抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。Meyer等[7]用MMPs抑制劑和MMPsiRNA導(dǎo)入SW480結(jié)腸腺癌細(xì)胞研究顯示，MM Ps保護(hù)細(xì)胞免于 PKC/p53誘導(dǎo)的凋亡，并且確定MMP-9和MMP-10有這樣保護(hù)作用。說明MMPs在腫瘤細(xì)胞中具有抗 PKC/p53誘導(dǎo)凋亡作用。Chetty等[8]在MMP-2-siRNA誘導(dǎo)A549肺腺癌細(xì)胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)，MMP-2-siRNA轉(zhuǎn)染改變Bax/Bcl-2表達(dá)和誘導(dǎo) caspase-3、8、9以及PARP-1分裂體形成;誘導(dǎo)Bid分裂體形成和細(xì)胞色素c的釋放;誘導(dǎo)Fas/FasL的活性和招募FADD(Fas相關(guān)死亡域)形成多聚體促進(jìn)細(xì)胞凋亡;增加MMPs組織抑制因子-3(TIMP-3)表達(dá)。通過TUNEL染色分析提示MM P-2通過上述途徑發(fā)揮抗凋亡作用。有研究顯示，基質(zhì)溶解因子(MM P-7)是MMPs家族成員之一，MM P-7可促進(jìn)凋亡抵抗，降低了凋亡的效能[9]。Kippenberger等[10]用E-cad基因轉(zhuǎn)染黑色素瘤細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，E-cad過表達(dá)導(dǎo)致線粒體釋放細(xì)胞色素C的增加和caspase-3、caspase-8活性提升而促進(jìn)凋亡，但缺乏細(xì)胞外 E-cad作用結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞并沒有出現(xiàn)凋亡改變。從細(xì)胞、裸鼠模型、人的組織的研究中發(fā)現(xiàn)多數(shù)MMPs有促進(jìn)VEGF釋放的作用，如 MTI-MMP上調(diào)VEGF的表達(dá)，VEGF-A的上調(diào)是與MTI-MM P增加VEGF-A的轉(zhuǎn)錄活性有關(guān)而不是增加m RNA的穩(wěn)定性，能被M MP抑制劑 TIMP 2阻斷，其信號傳導(dǎo)機(jī)制可能為通過MTI-MM P信號通路，涉及到S rc酪氨酸激酶[11]，MMP-2通過水解HARP-VEGFF和CTGF-VEGF復(fù)合物而釋放活性VEGF[5]。VEGF-siRNA轉(zhuǎn)染乳腺癌細(xì)胞MCF-7實驗中表明，VEGF-siRNA通過降低乳腺癌細(xì)胞Bcl-2/Bax表達(dá)比例，上調(diào)capase-3蛋白表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞色素C等從線粒體釋放等誘導(dǎo)凋亡，并且在乳鼠模型中腫瘤生長降低[12]，提示VEGF有抗凋亡作用。

4 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移作用

腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過程包括腫瘤細(xì)胞的分離、侵襲、運(yùn)動、血管侵襲、血循環(huán)中的存活、黏附于上皮細(xì)胞及溢出血管外[13]。在細(xì)胞間和細(xì)胞與基質(zhì)間的黏接中鈣調(diào)蛋白和橋黏芯蛋白起重要作用，橋黏芯蛋白在包膜和胞質(zhì)間流動的改變可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞間黏附的喪失，在 MMP抑制的 SCC68上皮細(xì)胞中，MMPs抑制導(dǎo)致黏接的橋黏芯蛋白-2的聚集，減少內(nèi)化，并且橋黏蛋白比鈣黏蛋白更敏感，而鈣黏蛋白增加黏附強(qiáng)度;MMPs能使橋黏芯蛋白-2從細(xì)胞表面脫落[14]。又有實驗顯示MMP-7通過調(diào)節(jié)非基底膜蛋白而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲，E-cad蛋白通過與連環(huán)蛋白細(xì)胞質(zhì)尾相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附，MM P-7、MMP-3使 E-cad蛋白外功能區(qū)脫落釋放可溶性E-cad[9]，通過旁分泌可溶性E-cad抑制E-cad的功能而刺激腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移[15]。除了降解作用外還調(diào)節(jié)與細(xì)胞生理學(xué)相關(guān)生物活性分子的活性，這些分子包括細(xì)胞因子及其受體和黏附分子，如:細(xì)胞表面錨定 M MP-9激活轉(zhuǎn)化因子β(TGF-β)刺激MMPs表達(dá)并促進(jìn)腫瘤侵襲和血管形成[9]。組織MMPs抑制物(TIMP)和MMPs形成復(fù)合物導(dǎo)致MMPs失活而影響腫瘤的侵襲和擴(kuò)散，TIMP-3 抑制 MM P-1、MM P-2、MMP-3，TIM P-3的表達(dá)降低與腫瘤患者存活的降低有關(guān)，同時還認(rèn)為食管腺癌發(fā)展過程中分別在早期和晚期侵襲轉(zhuǎn)移導(dǎo)致患者死亡中起重要作用，TIM P-3分子恢復(fù)重建是基因治療的一個研究方向[16]。值得一提的是 ChiIp等在肝癌細(xì)胞跨膜基金蛋白-1(MTI-MMP)基因轉(zhuǎn)染研究中發(fā)現(xiàn)，過多表達(dá)MTI-MM P增加致瘤性和轉(zhuǎn)移能力，增強(qiáng)腫瘤的擴(kuò)散和生長，延遲失巢現(xiàn)象(即黏附的細(xì)胞失去和基質(zhì)黏附后，很短時間內(nèi)將凋亡)。推測認(rèn)為:M TI-MMP刺激肝癌細(xì)胞的致瘤性，并通過增加腫瘤生長和侵襲能力實現(xiàn)肝內(nèi)轉(zhuǎn)移，更重要的是M TI-MMP促進(jìn)存活，保護(hù)肝癌細(xì)胞免于凋亡在腫瘤細(xì)胞分離后24 h，M TI-MMP的作用不限于基質(zhì)的降解，而是在分離后環(huán)境(如進(jìn)入血循環(huán))中改變了包括存活優(yōu)勢在內(nèi)的細(xì)胞行為，有助于腫瘤轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)[17]。陳莉萍和楊鷹[18]通過對子宮內(nèi)膜癌基質(zhì)金屬蛋白酶-2表達(dá)檢測及與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系研究推測MM P-2主要通過以下機(jī)制促進(jìn)腫瘤浸潤及轉(zhuǎn)移:(1)降解癌細(xì)胞周圍細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜主要成分Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ型膠原及明膠，為癌細(xì)胞增殖制造空間，使癌細(xì)胞能進(jìn)出周圍組織，促使腫瘤發(fā)生浸潤和轉(zhuǎn)移;(2)在降解ECM過程中釋放促血管生成因子如VEGF、b-FGF、TGF-β、TGF2等，促進(jìn)新生血管形成，產(chǎn)生腫瘤轉(zhuǎn)移的血行通路。

5 促進(jìn)血管生成

Du等[19]在M MP-2基因剔除鼠星狀膠質(zhì)母細(xì)胞移植瘤研究中發(fā)現(xiàn):MM P-2通過調(diào)節(jié)血管側(cè)支影響血管密度;M MP-2影響VEGFR-2的表達(dá)水平;MMP-2調(diào)節(jié)周細(xì)胞的活性和活性分子招募;MMP-2影響腫瘤血管的功能。由于MMP-2缺乏削弱血管成熟，認(rèn)為剔除MMP-2基因的星狀膠質(zhì)母細(xì)胞移植瘤生長較慢，雖然腫瘤細(xì)胞仍然沿血管浸潤，但乳鼠存活時間顯著延長，MMP-2可作為藥物研究靶點。Chantrain等[20]通過分析已有的一些研究認(rèn)為MMPs可能從以下6個方面促進(jìn)周細(xì)胞在腫瘤血管形成中的招募作用:(1)通過對ECM的降解直接刺激周細(xì)胞的侵襲;(2)通過ECM改變刺激周細(xì)胞的增殖和免于凋亡;(3)通過釋放ECM上的生長因子激活周細(xì)胞;(4)和新生血管表面受體相互作用;(5)促進(jìn)新生血管信號傳導(dǎo)的整合;(6)招募源于骨髓的干細(xì)胞。Suhr等[21]認(rèn)為MMPs促進(jìn)腫瘤血管生成至少表現(xiàn)在3個方面:(1)MMPs通過降解ECM，刺激干細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞遷移而侵襲血管區(qū)域;(2)MMPs能釋放血管生成因子，如FGF-2、TGF-β和 VEGF;(3)白明膠酶通過作用于ECM上的分子產(chǎn)生抗血管生成片段，如內(nèi)皮抑素和腫瘤抑素。在體內(nèi)和體外上調(diào)TIMP-2能抗血管生成，重組TIMP-2蛋白或TIMP-2表達(dá)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)染都能抑制表皮細(xì)胞侵襲和腫瘤血管形成。另外，MMPs與其他活性分子協(xié)同促進(jìn)腫瘤血管生成，如呂鋼等[22]通過賁門癌研究發(fā)現(xiàn)MMP-7和E-cadherin表達(dá)之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，M MP-7與E-cadherin的相互作用，MMP-7降解細(xì)胞外基質(zhì)是VEGF的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生成的前提，MM P-7和VEGF都具有降解血管基底膜作用，MMP-7與VEGF之間可能存在相互促進(jìn)、相互協(xié)同的促進(jìn)血管生成的機(jī)制。

總之，在腫瘤演變過程中，MMPs所起的作用是復(fù)雜的，其主要作用是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抑制凋亡、刺激侵襲轉(zhuǎn)移和腫瘤血管形成;但也有與主要作用不一致的方面，如M MP-2的水解HARP-VEGF復(fù)合物形成具有活性的分子，HARP-N末端誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，而HARP-C末端誘導(dǎo)抑制細(xì)胞增殖和血管形成[5];MMPs在對TNF-α的作用中，有研究認(rèn)為促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，但又有研究認(rèn)為促進(jìn) TNF-α表達(dá)，可促進(jìn)MM Ps表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移等等，需要進(jìn)一步研究和探索。

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